一种基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法及装置
本发明涉及电力电子器件健康状态在线监测，尤其涉及一种基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法及装置。
背景技术：
1、随着柔性直流输电技术的发展，我国建设了多座柔性直流换流阀，以igct(integrated gate-commutated thyristor，集成门极换流晶闸管)为首的压接式功率器件得到了广泛应用，成为了换流阀控制的核心器件，其可靠性与寿命直接影响了换流阀系统的可靠性，压接式功率器件全寿命周期的健康状态监测对于保证整个系统的安全可靠运行具有重要意义。
2、然而，目前常见检测方法有的热参数法、电参数法以及声光力参数法，但其均存在较大的不足，或是需要修改器件的工作电路、或是需要接触器件工作状态后，再进行离线检测，致使检测成本过高。基于电磁声发射的监测方法具有侵入性低，监测灵敏度高、可在线监测的优点，逐渐被用在焊接式器件和新能源电池的检测中，然而目前仍缺乏较好的对压接式功率器件进行损伤和失效位置的判定方法和装置。
技术实现思路
1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本发明的第一个目的在于提出一种基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法，以更好的实现功率器件健康状态在线监测与评估。
3、本发明的第二个目的在于提出一种基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定装置。
4、本发明的第三个目的在于提出一种电子设备。
5、本发明的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
6、为达上述目的，本发明第一方面提出了一种基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法，利用夹具台压装压接式功率器件，所述夹具台的上夹具周向外表面布置有多个声发射传感器，所述方法包括：
7、在所述压接式功率器件的第一关断瞬间，获取各个声发射传感器监测到的电磁声发射信号；
8、对各电磁声发射信号进行模态分解，基于所述压接式功率器件的传播时间对应频率筛选出每个电磁声发射信号对应的目标固有模态函数；
9、针对每个目标固有模态函数，基于所述压接式功率器件的结构层，对目标固有模态函数进行信号分解，以得到各结构层对应的分解信号；
10、在所述压接式功率器件的第二关断瞬间，重新获得电磁声发射信号进而得到新的各结构层对应的分解信号；
11、基于第一关断瞬间和第二关断瞬间对应的各结构层的分解信号，确定是否存在分解信号的峰峰值变化率超过设定比值，若存在则基于超过设定比值的最大峰峰值变化率、对应分解信号确定出现损伤或失效的位置。
12、在本发明的第一方面的方法中，所述若存在则基于超过设定比值的最大峰峰值变化率、对应分解信号确定出现损伤或失效的位置，具体包括：若存在一个声发射传感器对应的分解信号的峰峰值变化率超过设定比值，则确定超过设定比值的最大峰峰值变化率对应的分解信号，该对应的分解信号对应的压接式功率器件的结构层为出现损伤或失效的位置；若存在多个声发射传感器对应的分解信号的峰峰值变化率超过设定比值，则确定超过设定比值的最大峰峰值变化率对应的声发射传感器，进而得到该对应的声发射传感器的两边相邻声发射传感器位置，利用高斯函数拟合技术基于最大峰峰值变化率和所述两边相邻声发射传感器位置确定高斯函数峰值点所对应的目标位置，所述目标位置为损伤或失效的位置。
13、在本发明的第一方面的方法中，所述多个声发射传感器等间隔、等高度布置在上夹具周向外表面上。
14、在本发明的第一方面的方法中，所述对各电磁声发射信号进行模态分解，基于所述压接式功率器件的传播时间对应频率筛选出每个电磁声发射信号对应的目标固有模态函数，包括：对各电磁声发射信号进行模态分解得到对应的固有模态函数组，各固有模态函数组包括多个固有模态函数；基于所述压接式功率器件的总厚度和声速计算传播时间对应频率；针对每个固有模态函数组，选择与所述传播时间对应频率匹配的固有模态函数作为目标固有模态函数，进而得到每个电磁声发射信号对应的目标固有模态函数。
15、在本发明的第一方面的方法中，所述基于所述压接式功率器件的结构层，对目标固有模态函数进行信号分解，以得到各结构层对应的分解信号，包括：基于所述压接式功率器件的各结构层的厚度和声速，计算各结构层中电磁声发射信号的传播时间；从目标固有模态函数中选择衰减最小的目标周期信号，所述目标周期信号的周期等于压接式功率器件的传播时间；对所述目标周期信号按各结构层对应的传播时间进行信号分解，得到各结构层对应的分解信号。
16、在本发明的第一方面的方法中，所述分解信号的峰峰值变化率满足：
17、
18、式中，r为峰峰值变化率，aim0为第一关断瞬间对应的第i个声发射传感器对应的目标固有模态函数中第m个分解信号的峰峰值，aim′为第二关断瞬间对应的第i个声发射传感器对应的目标固有模态函数中第m个分解信号的峰峰值。
19、在本发明的第一方面的方法中，高斯函数拟合满足：
20、
21、式中，g为高斯函数输出值，rmax为最大峰峰值变化率，x为自变量，μ为两边相邻声发射传感器间的中心位置坐标，σ为两边相邻声发射传感器间的距离。
22、为达上述目的，本发明第二方面提出了一种基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定装置，包括电磁声发射采集模块和上位机模块；
23、所述电磁声发射采集模块包括多个声发射传感器，所述多个声发射传感器布置在夹具台的上夹具周向外表面，所述夹具台用于压装压接式功率器件，所述多个声发射传感器用于监测电磁声发射信号；
24、所述上位机模块用于在所述压接式功率器件的第一关断瞬间，获取各个声发射传感器监测到的电磁声发射信号；对各电磁声发射信号进行模态分解，基于所述压接式功率器件的传播时间对应频率筛选出每个电磁声发射信号对应的目标固有模态函数；针对每个目标固有模态函数，基于所述压接式功率器件的结构层，对目标固有模态函数进行信号分解，以得到各结构层对应的分解信号；在所述压接式功率器件的第二关断瞬间，重新获得电磁声发射信号进而得到新的各结构层对应的分解信号；基于第一关断瞬间和第二关断瞬间对应的各结构层的分解信号，确定是否存在分解信号的峰峰值变化率超过设定比值，若存在则基于超过设定比值的最大峰峰值变化率、对应分解信号确定出现损伤或失效的位置。
25、为达上述目的，本发明第三方面提出了一种电子设备，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；所述存储器存储计算机执行指令；所述处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，以实现本发明第一方面提出的方法。
26、为达上述目的，本发明第四方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现本发明第一方面提出的方法。
27、本发明提供的基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法、系统、电子设备及存储介质，通过利用夹具台压装压接式功率器件，夹具台的上夹具周向外表面布置有多个声发射传感器，方法包括：在压接式功率器件的第一关断瞬间，获取各个声发射传感器监测到的电磁声发射信号；对各电磁声发射信号进行模态分解，基于压接式功率器件的传播时间对应频率筛选出每个电磁声发射信号对应的目标固有模态函数；针对每个目标固有模态函数，基于压接式功率器件的结构层，对目标固有模态函数进行信号分解，以得到各结构层对应的分解信号；在压接式功率器件的第二关断瞬间，重新获得电磁声发射信号进而得到新的各结构层对应的分解信号；基于第一关断瞬间和第二关断瞬间对应的各结构层的分解信号，确定是否存在分解信号的峰峰值变化率超过设定比值，若存在则基于超过设定比值的最大峰峰值变化率、对应分解信号确定出现损伤或失效的位置。在这种情况下，通过在夹具台的上夹具周向外表面布置有多个声发射传感器，利用声发射传感器监测压接式功率器件的关断瞬间的电磁声发射信号，对各电磁声发射信号进行模态分解，结合压接式功率器件的结构得到各结构层对应的分解信号，基于不同关断瞬间对应的各结构层对应的分解信号，确定是否存在分解信号的峰峰值变化率超过设定比值，进而确定出现损伤或失效的位置，提高了监测灵敏度、以及压接式功率器件出现损伤或失效的监测能力，能较好的给出压接式功率器件出现损伤或失效的位置，更好的实现了功率器件健康状态在线监测与评估。
28、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
技术特征：
1.一种基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法，其特征在于，利用夹具台压装压接式功率器件，所述夹具台的上夹具周向外表面布置有多个声发射传感器，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法，其特征在于，所述若存在则基于超过设定比值的最大峰峰值变化率、对应分解信号确定出现损伤或失效的位置，具体包括：
3.根据权利要求1所述的基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法，其特征在于，所述多个声发射传感器等间隔、等高度布置在上夹具周向外表面上。
4.根据权利要求1所述的基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法，所述对各电磁声发射信号进行模态分解，基于所述压接式功率器件的传播时间对应频率筛选出每个电磁声发射信号对应的目标固有模态函数，包括：
5.根据权利要求1所述的基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法，其特征在于，所述基于所述压接式功率器件的结构层，对目标固有模态函数进行信号分解，以得到各结构层对应的分解信号，包括：
6.根据权利要求1所述的基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法，其特征在于，所述分解信号的峰峰值变化率满足：
7.根据权利要求2所述的基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法，其特征在于，高斯函数拟合满足：
8.一种基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定装置，其特征在于，包括电磁声发射采集模块和上位机模块；
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
技术总结
本发明提出一种基于电磁声发射信号的压接式功率器件损伤及失效位置判定方法及装置，利用夹具台压装压接式功率器件，夹具台的上夹具周向外表面布置有多个声发射传感器，方法包括：在压接式功率器件的第一关断瞬间，获取各个声发射传感器监测到的电磁声发射信号、进而进行模态分解以得到每个电磁声发射信号对应的目标固有模态函数；针对每个目标固有模态函数，基于压接式功率器件的结构层，对目标固有模态函数进行信号分解，以得到各结构层对应的分解信号，在第二关断瞬间得到新的得到各结构层对应的分解信号；基于两个关断瞬间对应的分解信号的峰峰值变化率确定出现损伤或失效的位置。
技术研发人员：黄松岭,魏丙坤,彭丽莎,温舒智,李世松
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5